碳纤维行业产业链分析

碳纤维行业产业链分析

碳纤维行业产业链分析（一）碳纤维上游行业供应分析碳纤维根据原丝种类主要分为PAN基碳纤维、沥青基碳纤维和粘胶基碳纤维，其中又以PAN基碳纤维为主，目前碳纤维一般指PAN基碳纤维。碳纤维因其优异的力学性能而被作为增强材料广泛应用，因此业内主要采用力学性能进行分类。按照每束碳纤维中单丝根数，碳纤维可以分为小丝束和大丝束两大类别。一般按照碳纤维中单丝根数与1，000的比值命名，12K指单束碳纤维中含有12，000根单丝的碳纤维。早期小丝束碳纤维以1K、3K、6K为主，逐渐发展出12K和24K。小丝束碳纤维性能优异但价格较高，一般用于航空等高精尖领域，以及体育用品中产品附加值较高的产品类别。一般认为24K以上（不含24K）以上的型号为大丝束，包括48K、50K、60K等。大丝束产品性能相对较低但制备成本亦较低，因此多运用于风电及其他工业领域。随着目前碳纤维制作工艺的提升及产品价格的下降，小丝束碳纤维在工业领域的运用已逐步拓宽。1、碳纤维材料供给情况2017年至2021年，全球碳纤维产能呈逐年增长状态。根据赛奥碳纤维统计数据，至2021年，全球碳纤维产能达20．76万吨，同比增长20．91%，较2017年均复合增长率达8．99%。随着我国碳纤维技术不断成熟，我国碳纤维产能占全球碳纤维历年产能的比例逐渐提高，从2017年的17．68%增长至2021年的30．50%，成为全球最大产能国。根据赛奥碳纤维统计数据，2021年我国碳纤维实际供应量为2．93万吨，增长明显。2、碳纤维材料需求情况2021年我国碳纤维需求量为6．24万吨，若国产碳纤维全部供应于国内需求，则需进口数量为3．31万吨，国产化率约46．89%，国内碳纤维市场进口替代速度加快。未来，随着国家产业政策支持以及国内碳纤维生产厂商的技术进步，进程有望进一步加快。近年来，碳纤维产业国产化进程不断加快。从政策导向来看，2021年，加强碳纤维及其复合材料的研发应用被列入《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》重点发展领域；2022年4月，工信部、发改委提出攻克48K以上大丝束、高强高模高延伸、T1100级、M65J级碳纤维制备技术。国家高度重视碳纤维行业发展，高性能、规模化是我国碳纤维产业的发展趋势。2021年，全球碳纤维运行产能集中于国际知名厂商，在国家相关产业政策利好、国内企业技术突破等多重因素影响下，未来全球新增产能主要集中在我国。在碳纤维性能方面，如中复神鹰等国内领先厂商的产品型号基本实现了对日本东丽主要碳纤维型号的对标，实现了高强型、高强中模型、高强高模型各类型碳纤维的品种覆盖。产能方面，各大碳纤维企业纷纷扩产，如中复神鹰西宁万吨高性能碳纤维项目、光威复材包头万吨大丝束碳纤维产线、上海石化1．20万吨大丝束碳纤维产线等预计陆续投产，产品逐步投放市场。综上，虽然2021年我国碳纤维仍以进口为主，但进口比例有所下降，伴随未来几年国内龙头企业的技术进步及产能释放，国产碳纤维有望逐步实现对进口碳纤维的替代，供给增加也将推动国产碳纤维价格逐渐回落。我国现为世界最大的合成树脂生产国及消费国。2017年至2021年，我国合成树脂产量由8，458．10万吨增长至10，765．40万吨，复合增长率达6．22%。进出口方面，我国每年从国外进口大量合成树脂，进口量保持在3，000万吨左右，其中2021年进口量达3，277．40万吨；相较进口量，出口量变化较大，从2017年的574．16万吨增长至2021年的1，096．40万吨。整体而言，我国合成树脂自给能力有所增强，到2021年，进口依存度已由2017年的29．00%下降至24．00%。（二）碳纤维下游行业应用分析高性能碳纤维复合材料制品、高性能碳纤维预浸料等产品广泛应用于多个下游领域，主要为交通装备、医疗健康、体育健康等领域。未来，随着民航座椅部件、客舱内饰件等产品的逐步放量，民用航空亦将成为碳纤维复合材料及制品应用的重点领域之一。根据赛奥碳纤维的《2021全球碳纤维复合材料市场报告》，按照碳纤维在复合材料中占比65．00%来计算，2021年我国树脂基碳纤维复合材料需求达到9．60万吨，预计2025年将达到24．50万吨，2021年-2025年的复合增长率达到26．40%。1、碳纤维交通装备领域应用分析随着轨道交通行业的迅速发展，轨道交通车辆的更新换代越来越快，人们对轨道交通车辆的综合要求也逐渐提高。轨道交通运营商对轨道交通车辆提出了更高的要求：更低的能耗水平、更快的运行速度、更高的运载能力、更强的防护能力、更长的寿命周期、便捷的维护保养等，而用户对轨道交通车辆的要求则主要是环保性、舒适性、便利性。目前金属材料制造的传统结构列车在不断提高速度的同时，加大了振动、冲击、阻力、噪声问题的解决难度；并且在应对诸如高原、沙漠、高温、高寒及高海拔等复杂多变的服役环境时，传统结构材料越来越无法满足用户对列车耐热耐腐蚀、抗疲劳等综合性能的要求。碳纤维复合材料可应用于磁浮列车、高速动车组、城轨地铁、城际车辆、铁路货车、轨道承载梁等轨道交通领域的大部分主要、次要承载结构，以及内饰件等非承载结构，以解决列车轻量化问题，提升列车综合性能。轨道交通列车的减重，对于路轨的建设成本，也会有大幅度减少。碳纤维作为一种性能优异的替代性材料，在国内外列车的不同部位有着不同程度地应用尝试，包括瑞士辛德勒客车用碳纤维缠绕方法制成轻型车体，车辆减重10%，运行试验速度约140km/h，韩国TTX列车采用碳纤维夹芯材质构造，较铝合金车身减重39%，车体运行速度为180km/h。碳纤维复合材料的应用已逐步由车体内饰、车内设备等非承载结构零件向车体、构架等承载构件发展，从裙板、导流罩等部件向顶盖、司机室、整车车体等大型结构发展。全球多个国家均在轨道交通装备上探索应用碳纤维复合材料，轨道交通工具正经历着从钢铁时代、铝材时代到碳材时代的跨越。中国轨道交通车辆的设计、制造和使用量已远远超过其他先进制造大国，积累了丰富的实践经验。近年来，我国轨道交通事业的高速发展推动了轨道交通领域碳纤维复合材料的应用与发展，具体分为铁路交通及城市轨道交通两大板块。现阶段，我国铁路交通行业发展迅速，特别是高铁建设已走在世界前列，高铁建设能促进沿线城市焕发新活力，对中国工业化和城镇化的发展起到重要的促进作用。截至2021年底，我国铁路运营里程达到15．00万公里，其中高铁4．00万公里，居世界第一；全国铁路客车约78，000辆，其中动车组4，153标准组、33，221辆。目前，铁路列车部件大多为采用铝合金材料，存在应力腐蚀、外表处理困难、焊接要求高、疲劳强度低等问题，如何实现列车的进一步轻量化，降低轴重、平抑速度等不利因素，协调轻量化与各种性能指标如强度、振动、噪声、隔热、辐射的需求，寻找列车技术性能平衡，成为下一阶段待解决的核心问题。碳纤维复合材料具有轻量化、高强度、耐腐蚀、抗疲劳等性能优势，可以突破传统金属材料的技术局限，提供高效可靠、节能环保的解决方案。根据《城市轨道交通发展战略与十四五发展思路》，截至2020年底，全国城市轨道交通通车长度达到7，969．70公里，国家已经批复的规划里程（在建或待建）超过7，000．00公里，预计十四五期间新增城市轨道交通运营里程3，000．00公里。快速增长的城轨建设伴随着车辆购置需求的释放，根据交通运输部统计公报，截至2021年底，我国城市轨道交通配属车辆达到5．73万辆，同比增长15．99%。目前，在国内轨道交通领域，碳纤维复合材料已逐步应用于非承载结构的列车内饰件，碳纤维复材应用于承载结构的次结构件、主结构件等用途的产品仍处于快速发展阶段，例如碳纤维转向架、司机室、车体等大型结构件已逐步完成了设计、检验、上线试跑等环节，步入批量化应用阶段。整体来看，在国家碳达峰碳中和战略目标背景下，轨道交通装备仍将持续向轻量化、绿色、安全和高效方向发展，目前除CRH1型高铁使用不锈钢车身外，其他型号的高铁都已经采用高强度铝合金材质，目的就是减重。即便如此，高铁车身自重依然超过10吨，在车辆运行过程中，动车组的能耗仍较大，在轨道列车中应用碳纤维将通过减轻自重从而大大减少能耗。基于我国轨道交通事业的高速发展，以及列车不断增长的轻量化需求，碳纤维复合材料将逐步广泛应用于车体、司机室、转向架等承载结构件中，碳纤维复合材料在轨道交通领域的应用将与日俱增。2、碳纤维医疗健康领域应用分析碳纤维复合材作为各向异性材料，给产品设计带来较大的自由度，而医疗设备部件往往作用于不同的人体部位，需满足不同部件的具体性能要求。碳纤维复合材料在医疗器械应用多样，新的用途仍在不断开拓。目前，CT床板、X射线检查等设备及辅助设备是碳纤维复合材料应用最为广泛的碳纤维医用案例，较有代表性的有X光、CT等检查床面板、诊断床用头托、高清DR平板探测仪用面板，以及支架等。随着医疗技术的发展，放射性诊断及治疗设备已逐渐向放射剂量小及成像分析数字化方向靠拢。在放射性医疗设备及辅助器械上，通常要求相关配件对X射线透过性能好，从而在不影响使用效果的同时尽可能地降低放射性物质对患者以及医护人员的危害。此外，医疗器械配件的强度以及耐用性还要满足设备使用的高频度特点，在质量、精度和安全方面都需符合高标准医用设备的参数要求。碳纤维复合材料具有高强度、低密度、极低的X射线吸收率等特点，在医疗放射设备领域，应用碳纤维复合材料的床板，其X射线透过性能、成像清晰度、强度和刚性均明显优于聚碳酸酯、酚醛树脂板等床板，对提高设备整体性能起到了重要作用，同时可减少对患者及医护人员的危害。从人均保有量的维度，2020年，中国每百万人CT保有量约为18．38台，仅约美国每百万人CT保有量的三分之一，具有较大的成长空间。未来，随着中国人口老龄化程度加深对于医疗检查需求的提升、分级诊疗政策下基层医疗设施投资建设力度加大以及鼓励社会办医环境下民营医院数量的快速提升，CT等医疗影像设备将会迎来较大的发展机会，从而为碳纤维复合材料及制品创造不断增长的市场空间。3、碳纤维体育健康领域应用分析由于具有高比强度、高比模量等优异的力学性能，碳纤维材料自20世纪70年代商品化以来，便被应用于钓鱼竿、高尔夫球杆、网球拍等体育器械的生产中，体育产业对高性能尖端材料的需求不断增加。从2021年全球各领域碳纤维应用需求来看，体育休闲领域2021年需求量为1．85万吨，占比约15．7%。长期以来，体育器械领域都是我国碳纤维复合材料需求市场占比最大的门类，总体保持高基数的市场需求。根据赛奥碳纤维统计与预测，预计至2025年，体育休闲领域碳纤维需求量将增长至2．25万吨。在健康中国战略的持续推动以及人们健康意识不断提高的背景下，全民运动时代正在到来，使用性能优越的体育器材能够获得更好的运动体验，运动人数的上升和对器材要求的提高将驱动碳纤维需求稳定增长。未来，体育健康领域将持续为碳纤维复合材料及制品的应用创造市场空间。4、碳纤维民用航空领域应用分析碳纤维复合材料在航空领域经历了由小到大、由次到主、由局部到整体、由结构到功能的发展过程。进入21世纪，碳纤维复合材料在民机上的应用实现了跨越式发展。波音787碳纤维复合材料用量达50．00%，空客A350XWB超宽体客机碳纤维复合材料用量达52%。用碳纤维复合材料建造民机机身主体结构，是碳纤维复合材料在民用航空领域里程碑式的突破。根据《中国商飞市场预测年报（2021-2040）》，预计未来二十年全球将有超过41，429架新机交付；到2040年全球客机机队规模将达到45，397架。中国旅客周转量年均增长率将达到5．70%，未来20年中国航空市场将接收50座级以上客机9，084架；到2040年中国的机队规模将达到9，957架，占全球客机机队比例22%，成为全球最大的单一航空市场。由于航空领域对轻量化和安全性的需求更高，对碳纤维价格的敏感性相对较低，因此航空航天成为现阶段碳纤维应用较为广泛的领域。而目前，我国在航空方面碳纤维复合材料的应用程度仍然较低，ARJ21碳纤维复合材料用量不足5．00%，C919碳纤维复合材料用量仅为12．00%，未来C929碳纤维复合材料用量预计达到52．00%。国产民机的发展将给航空碳纤维带来重大发展机遇，随着C919开始交付，未来民用航空领域碳纤维复合材料的应用将迎来蓬勃发展时期。中国碳纤维行业市场回顾碳纤维是含碳量在90%以上的高强度高模量纤维，在可量产纤维材料中性能最佳，是目前工程上可以大规模应用的比强度最高的材料，其具有优异的物理、化学性能，在及民用领域都有着广泛的应用，被称为21世纪的黑色黄金。2022年，在国内新冠疫情反弹、国际地缘冲突等背景下，发展面临的风险挑战不断，原油价格高位大幅波动，下游需求持续低迷，化纤行业总体生产经营形势严峻。碳纤维产业受下游需求稳定增长支撑，在风电、光伏、氢能储运等领域应用不断拓展，行业整体保持较好发展。国内企业大规模扩产，碳纤维行业迎来爆发期国内碳纤维龙头大规模扩产，将改变世界碳纤维产能格局。从全球碳纤维企业的后续扩产计划来看，碳纤维产能扩张主要以中国企业为主。未来几年国内碳纤维企业扩产计划总量预计接近30万吨，但需关注各企业的项目落地性以及落地时间和实际产能，在供给短缺的背景下，率先实现项目落地和产能扩大，并稳定生产的企业将具备明显的先发优势，抢占更多的市场份额。碳纤维行业属于国家战略性新兴产业，在轻量化市场具有广阔的发展前景，在国防安全、航空航天等板块具有不可替代的优势。我国碳纤维市场规模一直保持增长趋势，从2017年的38．1亿元增长至2021年的106．4亿元，年均复合增长率达29．3%，预计2023年中国碳纤维市场规模将达153．7亿元。未来随着航空航天、风电叶片、碳复合材料等新兴产业的需求带动，我国对碳纤维的需求还有望进一步提高。碳纤维产业迎来大规模发展碳纤维是制造先进复合材料的重要增强材料，强度高、抗摩擦、耐腐蚀，可广泛应用于航空航天、能源装备、交通运输、体育休闲等领域。自诞生以来，高端碳纤维复合材料技术长期掌握在发达国家手中。为了摆脱核心技术受制于人的局面，我国在2000年后开始大力发展碳纤维产业，并将其列为国家重点发展的战略性新兴产业之一，十四五规划和2035年远景目标纲要更是将在碳纤维复合材料领域开展协同应用试点示范和加强碳纤维及其复合材料的研发应用列入其中。在双碳目标引领下，碳纤维产业将迎来大规模发展，市场应用不断拓展。根据赛奥碳纤维《2016—2021全球碳纤维复合材料市场报告》，我国碳纤维需求量从2016年的1．96万吨增至2021年的6．24万吨，年均复合增长率为26．06%，2021年同比增速达27．69%，预计2025年国内需求量为15．93万吨。风电将带动碳纤维持续发展根据相关数据显示，2021年，我国市场风电用碳纤维为2．25万吨，为国内碳纤维最大应用领域，占比达到了全球风电用碳纤维的68%。随着国内碳纤维快速扩张并持续降本增效、维斯塔斯拉挤工艺专利到期、风机大型化趋势及海上风电快速渗透等多重利好因素叠加，预计国内风电用碳纤维将获得更大发展空间，持续带动国内碳纤维需求增长。政策大力推进碳纤维行业发展近年来，我国陆续出台了一系列鼓励政策对碳纤维行业的发展给予了巨大的政策支持。一方面，《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》《关于扩大战略性新兴产业投资培育壮大新增长点增长极的指导意见》等长期统筹规划的出台，明确了碳纤维的重要战略地位和发展方针，为碳纤维行业的发展提供了长期驱动力。另一方面，如《原材料工业三品实施方案》《关于化纤工业高质量发展的指导意见》等政策持续引导并进一步提升碳纤维材料重点品种的关键生产和应用技术，促进碳纤维及其复合材料的开发，提升行业产业化水平，拓宽材料应用领域。由于我国碳纤维相关技术起步晚于国外等因素，长期以来，国内碳纤维市场中进口碳纤维的供给量远超国产碳纤维。2020年以来受全球新冠疫情的影响，全球贸易整体受到较大冲击，国外碳纤维出口国内的难度加大，国内碳纤维市场整体呈现供不应求的局面。随着我国碳纤维技术水平的提高，我国逐渐打破日本、美国的市场垄断，国产化进一步推进。2021年碳纤维国产化率水平已达47%，较2020年提升9个百分点。预计未来将加快国产化脚步，降低对外依赖程度。碳纤维下游需求占比从碳纤维下游需求量来看，2021年